电气测量第二章.

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1、第二章 电流与电压的测量 第一节 电流与电压的测量方法 第二节 磁电系仪表 第三节 磁电系检流计 第四节 电磁系仪表 第五节 电动系仪表 第六节 测量用互感器 第七节 万用电表 第八节 直流电位差计 第九节 电流表与电压表的使用 Electrical MeasureElectrical Measure 本章要点 本章主要介绍磁电系、电磁系和电动系三种 仪表，以及用它测量电压、电流的方法。这三种 仪表不仅可以用来测量电压、电流。而且在配置 某些变换电路之后，还可以用于测量其他电磁量 或作为指示器件。是从事电气技术的人员应具备 的基本知识。 电压表和电流表的附属装置，包括分流器、 附加电阻和互感器

2、的结构原理及其计算方法。也 是测量电压和电流必须掌握的技术。 本章还介绍万用表、检流计和电位差计。万用 表是现场工作最常用的工具之一，检流计和电位 差计则是校准和精密测量中常用的仪器。其内容 可根据教学时数和专业需要选择讲授或布置学生 自学。 第一节电流与电压的测量方法 一、直接测量： 测量电流、电压一般都用直接测量，即 用直读式模拟或数字的电流、电压表。测电流时 与被测电路串联，测电压时与被测电路并联，但 应注意连接在电路中的位置，如图所示。 电流表线圈应接 在低电位端 电压表接地标志应 接在低电位端 二、间接测量： 在特殊情况下，可以用间接法测量。例 如在已焊好元件的印制板上，通过测量某电

3、阻两 端电压求得电流，或测量通过电阻的电流，求出 电阻两端的压降。 在不断开电路的状 态下测量电流 返回本章首页 第二节 磁电系仪表 一、磁电系仪 表结构 二、磁电系仪表工作原理 可动线圈通电后，由于线圈在磁场中受到 电磁力矩的作用使指针产生偏转，当可动线圈稳定 后，可认为驱动力矩等于反作用力矩，并推出仪表 偏转角与电流关系为 若与被测电压并联，仪表的内阻为 R ，则仪表 偏转角与电压关系为 三、技术性能 1.灵敏度高、准确度高、表耗功率低 由于永久磁铁与铁心间的气隙小，气隙间的磁 感应强度比较强，所以磁电系仪表有比较高的灵敏度， 可测到 0.1A。且磁感应强度较强时，驱动力矩大， 可采用反作

4、用力矩系数比较大的游丝。得到较大的定位 力矩，使摩擦力矩的影响减小。同时内部磁场较大，外 磁场的影响被削弱。还因为通过仪表的电流小，能降低 表耗功率，对被测电路的影响小。所以磁电系仪表是一 种应用广泛具有高灵敏度高准确度低表耗功率的仪表。 2.具有均匀等分的刻度 磁电系仪表的指针偏转角与可动线圈的电流成 正比，标尺的刻度均匀等分，易于标尺的制作。 四、电流表分流器 磁电系仪表可以通过分流器扩大其量 程，也可以并联若干个电阻，更换输入接头 ，可组成多量程的电流表。 多量程分流器电路 分流器电路 分流器电路加温度补偿电阻 分流器电阻的计算 按分流器的电路结构，被测电流只有一 部分通过 电流表线圈，

5、其余则通过分流器，可以 证明通过电流表线圈的电流与被测电流的关系为 如用 n 表示比值 ，它的数值代表电流表并 联分流器之后的量程扩大倍数。将上式移项，可推 出按要求的量程扩大倍数 n 求分流器电阻值的关 系式。即 五、电压表的附加电阻 扩大电压表量程可以串联附加电阻，设直 接测量的量程为 ，测量机构内阻为 ，串联附 加电阻 后，可将电压量程扩大为 ，则 与 的 关系可由下式求得 用m表示比值 ，其值代 表串联附加电阻后电压表量程 扩大的倍数，可按m值求得串 联的附加电阻值 返回本章首页 第三节磁电系检流计 一、结构 检流计是一种具有极 高灵敏度的电流表，为提高检 流计的灵敏度，动圈采用无骨

6、架结构，减少厚度，既减轻动 圈重量，又缩短磁路的工作气 隙。使气隙中的磁感应强度增 大。 可动部分不用轴和 轴承的支撑方式，改用张丝或 吊丝悬挂动圈，以消除因轴尖 所产生的摩擦，使之可在很小 的力矩下都能工作。 对非便携式的检流计 ，还可以用光标代替指针。 光标指示和指针指示的示意 图 光标式指针式 二、可动部分的运动特性 检流计的灵敏度高，动圈不用铝制框架， 没有框架的阻尼效果，全靠动圈与外电阻构成的回 路产生阻尼。动圈一旦施加了驱动力矩，就会因为 惯性冲力摆过平衡点，加上可动部分的重量轻、阻 力小，又没有轴承磨擦力，所以在定位力矩作用下 ，会在平衡点左右摇摆不停，不能很快停在平衡位 置上，

7、这种摇摆甚至会延续了几分钟或者几十分钟 。 根据阻尼大小，可 动部分的运动状态可 能出现如图所示的三 种形式。 三、可动部分的运动方程 设检流计的可动线圈通电后产生力矩为M， 并在M作用下绕轴运动，根据牛顿第二定律，力矩M 随时要与阻力矩、阻尼力矩以及惯性力矩相平衡，或 用转角的运动方程表示。 当阻尼系数不同时，方程的解将有三种不 同形式，并分别称为过阻尼、欠阻尼和临界阻尼。 可动线圈运动方程及解的三种形式 1.欠阻尼状态 2.临界阻尼状态 3.过阻尼状态 返回本章首页 第四节 电磁系仪表 一、电磁系仪表的结构 电磁系仪表结构有吸引型和推斥型两种 形式 吸引型推斥型 二、电磁系仪表的工作原理

8、驱动力矩：吸引型的驱动力矩是利用线 圈通电后，对可动铁心产生吸引力，使指针偏转 。推斥型则靠线圈同时对固定、可动铁心进行磁 化，由于磁化的极性相同，产生互斥而形成驱动 力矩。可推出仪表偏转角与电流关系为 反作用力矩：采用游丝，设其反作用力矩系数为D， 则 阻尼力矩：一般采用磁感应阻尼。 三、电磁系仪表技术性能 1.由于指针偏转角与被测电流的平方成 正比，所以标尺呈平方律特性，前密后疏。 2.如果通以交流电，则与瞬时值平方成 正比，或交流有效值平方成正比，所以电磁系仪 表可用于测量交流，并于直流共用同一标尺。 3.改变电流量程，可改变线圈的安匝数。 改变电压量程，可改变线圈的附加电阻。 改变电流

9、量程改变电压量程 返回本章首页 第五节电动系仪表 一、电动系仪表的结构 二、电动系仪表的工作原理 由固定、可动两组线圈所构成的系统，通电后的磁 场能量为 可动线圈所受的驱动力矩为 根据指针稳定时驱动力矩等于反作用力矩，可求得指针偏转角 作为电压或电流表使用时，如果两线圈电流都等于被测电 流，且互感变化率为常数，则指针偏转角与被测电流平方成 正比，或与交流有效值平方成正比。 如作为功率表使用，指针偏转角正比于被测功率。 三、电动系仪表的技术性能 1.和电磁系一样刻度呈平方律特性，可用于测量 直流也可以测量交流，或交直流两用。准确度高于电磁系 。 2.作为小量程电流表使用时，固定线圈与可动线 圈串

10、联，但作为大量程使用时，由于可动线圈不允许通过 大电流，故可动线圈只能与固定线圈并联。 3.作为电压表使用时，可以根据量程大小，串联 不同的附加电阻。 小量程电流表，固定线圈可与可动线圈串联 大量程电流表，固定线圈可 与可动线圈并联 电压表根据量程串联 不同的附加电阻 返回本章首页 第六节测量用互感器 一、互感器的用 途 互感器主要用于扩大 交流电 流表、电压表、功 率表和电能表的量程，而 且具有如下特点 1.隔离高压。 2.降低表耗。 3.节省设备投资。 4.可减少指示仪表的 规格，可统一使用4A、 100V的表芯，配上不同的 互感器，可组成各种不同 量程的电压、电流表。 高压部分 低压部分

11、 二、工作原理 电压互感器相当于空载变压器，与电压表联 用，被测电压等于接在二次绕组的电压表读数乘以电 压互感器的电压变比。注意！电压互感器二次绕组不 许短路。 电流互感器相当于短路的变压器，与电流表 联用被测电流等于接在二次绕组的电流表读数乘以电 流互感器电流变比。注意！电流压互感器二次绕组不 许开路。 三、互感器的误差 1.变比误差：由于负载过大互感器输出电压 下降，使得电压比不等于匝数比。或电流互感器二次 绕组磁化电流过大，使得电流比不等于匝数比所造成 的变比误差。 2.相角误差： 由于绕组内阻抗过大，或铁心 材料和气隙的影响，使得磁化电流过大，电压互感器 的一、二次绕组的电压相位差，或

12、电流互感器的一、 二次绕组的电流相位差不等于90，造成相角误差。 四、互感器的连接 电压互感器在供电系统中的连接 电流互感器在供电系统中的连接 五、钳式电流表 钳式电流表是电流互感器和电流表 的组合，可以在不断开交流电路，并在设 备仍运行的条件下，测量交流电流。 外型内部结构示意 返回本章首页 第七节万用电表 一、万用电表的结构 万用表是利用多刀多投转换开关 ，改变电路连接方式，测量不同量程的电压 、电流或电阻，是电气维修中常用的工具表 。除一般测量电压、电流和电阻外，还可测 量电子电路的电平，但测量电平实际上就是 测量电压，不过是用对数形式表示而已。 当表示功率电平时，用负载为600，功率为

13、 1mW作为 0电平。 当表示电压电平时，用0.775V作为 电压的 0 电平。 500型万用 表外形 功率电平 电压电平 二、500型万用表电路 500 型万用表的面板设两个多刀多投转换 开关，分别为 ，改变开关位置可以选择 测量对象和量程，包括交直流电流和电压、电阻和 信号电平，下面仅分析几个电路，其余读者可自行 分析。 三、直流电流测量电路 测量直流电流左边多投开关置于A档，右边置于 50A档，作为直流电流测量电路的基本量程，改变右边开关位 置，选用不同分流器，可改变量程为10、100、500mA，分流器 采用闭路式，不因开关接触不良而损坏仪表。 使用红线所示电路 四、直流电压测量电路

14、测量直流电压右边多投开关置于V档，左边置 于 2.5V档，作为直流电压的最小量程，改变左边开关 位置，选用不同附加电阻，可改变量程为 10、50、 250、500V，附加电阻采用共用式，可减少线绕电阻 数量。 使用红线所示电路 第八节直流电位差计 直流电 位差计由三个回 路组成。其中 回路称为 校准回路 回路称为 测量回路 回路称为 工作电流回路。 一、直流电位差计工作原理 校准回路：利用回路中的标准电池用来校准 工作电流，当开关S 合向回路时，调节R改变 工作电流，若检流计指零，则说明标准电池的电 动势与工作电流在 电阻 上的压降 相互补 偿，使 。 工作电流回路：包括辅助电源，调节工作电流

15、用的 可变电阻、测量电阻和工作调定电阻。工作回路主要 任务是提供一个稳定的工作电流，使电阻 和 能 得到一个稳定的压降。 测量回路：当开关S合向回路时，调节测量电阻 ，以改变左端ab二点间的压降（注意：此时不能再调节 R，否则工作电流将发生变化），若检流计指零，则表 明 从 可求出被测电压值 。 二、电位差计特点 1.利用补偿原理:电位差计的平衡是 利用电动势互相补偿的原理，因此平衡时不从 测量回路取用电流，从而消除被测电源的内阻 、导线电阻、接触电阻对测量的影响。校准回 路也一样，不从标准电池取用电流，保持了标 准电池电动势的稳定。 2.采用高准确度的元件：在式 中，由于标准电池的电动势比较稳定， 调定电阻和测量电阻的左端ab部分选用高准确 度和高稳定度的电阻，所以测量准确度可以达 到 0.001%。 三、实用电位差计的结构 1.要考虑标准电池的电动势受温度的影响: 实用电位差计的工作调定电阻通常由两部分电阻构 成，一部分为固定，一部分为可调，可调部分作为 温度补